地源热泵供热系统设计方案.docx
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地源热泵供热系统设计方案
地源热泵供热系统设计方案
第一部分工程概况
一、项目概述
本项目为某小区，每户户型建筑面积约100平方米，空调面积约50平方米。
本建议书对将对该别墅进行空调系统的设计，建议使用绿色环保节能的地源热泵空调系统。
二、地源热泵技术在本项目中的应用
在满足空调要求的基础上为响应国家节能减排的号召，拟采用在长期运营上更为节能的地源热泵系统作为本项目的冷热源。
地源热泵系统（Ground-SourceHeatPump）是随全球能源危机和环境问题出现，逐渐兴起的一项节能环保技术。
地源热泵系统是以地表能为热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统。
地源热泵系统冬季供暖时，把地表中的热量“取”出来，供给室内采暖，同时向地下蓄存冷量，以备夏用；夏季制冷时，把室内热量取出来，释放到地表中，向地下蓄存热量，以备冬用，因此说地源热泵系统是可再生能源利用技术。
地源热泵系统不存在对大气排热、拍冷的热污染和排烟、排尘、排水等污染，是真正的绿色能源。
地源热泵是目前最流行的空调方式。
与传统的空调相比具有更加节能、运行费用更低、运行工况更加稳定的优点，是实现可持续发展的绿色建筑的有效技术之一。
本文就对地源热泵系统设计进行详细阐述，并和传统的风冷热泵系统进行初投资和运行成本的综合比较。
第二部分设计依据
一、国家相关设计规范和标准
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
《空气调节设计手册》第二版
《建筑给水排水设计规范》
《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005
《地源热泵工程技术指南》，徐伟译
《水源/地源热泵应用设计手册》，吴展豪著
《地面辐射供暖技术规程》，JGJ142-2004
《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T13633
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
《美国水源热泵热能回收系统工程应用手册》，吴展豪编译
《水源及地源热泵空调系统工程设计与应用手册》，吴展豪编译
二、室内外设计参数
1、室外气象参数
1.室外空气设计参数
大气压力：
冬季P=1025.2hpa；夏季P＝1004.0hpa
室外干球温度：
冬季t＝-3℃；夏季t＝35℃
夏季室外计算湿球温度：
t＝28.3℃
冬季室外计算相对湿度：
73％
2.室内设计参数
夏季：
26±2℃，相对湿度：
60%
冬季：
20±2℃，相对湿度：
40%
三、负荷估算
1.冷负荷估算指标
在方案设计阶段，一般采用冷负荷指标估算确定，同时参照层高、楼层、窗户面积大小、人员数量等进行修正。
序号
功能区
单位空调面积冷负荷
（W/m2）
1
门厅
240
2
客厅
240
3
餐厅
240
4
书房
200
5
卧室
200
6
卫生间
200
7
厨房
240
8
地下室
180
1）以上估算指标是在层高2.8m以下的数据，层高2.8m以上根据具体高度乘以1.1-1.2的修正系数，对于挑高空间（层高5m以上）一般按不低于300w/m2估算。
2）地源热泵项目负荷可以小10%。
2.热负荷估算指标
一般来讲，建筑物的热负荷也可以采用以下公式估算：
热负荷=建筑面积*130W/m2
第三部分负荷计算与分析
一、负荷计算及分析
1、空调冷热负荷计算
由于是初步设计，我们对空调冷热负荷进行估算，包括建筑维护结构的传热、照明及电气设备的发热、食物的散热、人体的散热、门窗渗透新风的热量等。
上海属于夏热冬暖地区，以供冷为主，冬季采暖时间较短，这里对冷、热负荷分别进行了估算。
负荷估算详细见下表：
每户
房间
房间面积
冷指标
热指标
冷负荷
热负荷
某户住宅
（m2）
（W/m2）
（W/m2）
（KW）
（KW）
1号卧室
13.5
200
130
2700
1755
2号卧室
15.75
200
130
3150
2047.5
3号卧室
15.75
200
130
3150
2047.5
客厅
17.55
240
130
4212
2281.5
厨房及餐厅
17.75
240
130
4212
2281.5
卫生间
5.76
200
130
1152
748.8
第四部分地源热泵系统设计
一、地源热泵系统配置
1、地源热泵机组选型
由负荷计算结果可知夏季冷负荷约为156.7kW，冬季热负荷为137.8kW，地源热泵机组按冬季负荷配置，若仅配置一台地源热泵机组则无备用机组，这不利于系统安全可靠性，拟按夏季负荷配置三台地源热泵机组，相互备用。
根据以上分析可确定选择制冷量为59.5KW，制热量82.4KW的地源热泵机组三台,详细性能参数如下表：
设备名称
性能参数
数量
地源热泵机组
制冷/热量：
59.5/82.4kW
1
WPWE240
夏季：
供回水温度：
7/12℃
冬季：
供回水温度：
45/40℃
输入功率：
夏季13.4kW，冬季18.0kW
地源热泵机组
制冷/热量：
49/67kW
2
WPWE200
夏季：
供回水温度：
7/12℃
冬季：
供回水温度：
45/40℃
输入功率：
夏季11kW，冬季14.7kW
按照本配置系统可提供的总制冷量为157.5kW，总制热量为216.4kW，完全可以满足建筑冷热负荷需求。
2、附属设备选型
设备名称
性能参数
数量
备注
地源侧循环泵
流量：
14m3/h
4
一用一备
MHI-803
扬程：
35m
输入功率：
1.0kW
负荷侧循环泵
流量：
14m3/h
4
一用一备
MHI-803
扬程：
35m
输入功率：
1.0kW
全自动软水器
流量：
1m3/h
1
RT-1.0B
功率：
20W
软水箱
体积：
1000L
1
定压膨胀补水机组
功率：
0.8KW
2
YH-HX-2-30
2、地埋管系统配置
3、
1、地埋管长度计算
地源热泵系统夏季向大地放热量以及冬季向大地取热量分别按下式计算：
式中，
——夏季向土壤排放的热量；
——夏季冷负荷；
——冬季从土壤吸收的热量；
——冬季热负荷；
——设计工况下地源热泵机组EER；
——设计工况下地源热泵机组COP
根据以上计算公式可得按照所选地源热泵机组性能参数，地埋管系统夏季放热量与冬季吸热量计算见下表：
冷负荷（kW）
热负荷（kW）
机组EER
机组COP
夏季土壤吸热量（kW）
冬季土壤放热量（kW）
158
138
4.9
3.8
648
449
根据以上计算结果，拟采用单U型埋管，管径De32，间距4米，夏季单位井深换热量取60W/m，冬季单位井深换热量取45W/m，井深80米。
据此计算地埋管数量见下表：
工况
换热量（kW）
单位井深换热量（W）
埋管总长度（米）
井孔数（口）
制冷工况
158
60
2634
33
制热工况
138
45
3066
38
某小区地暖工程报价表
分水器、温控部分
序号
设备名称
品牌
规格型号
产地
性质
单位
数量
单价
报价合计
备注
1
地下1层分集水器
瑞好
RH3+3
上海
合资
组
1
900
900
水流平衡设备，即水流分配器
2
1层分集水器
瑞好
RH6+6
上海
合资
组
1
1,800
1,800
水流平衡设备，即水流分配器
3
2层分集水器
瑞好
RH5+5
上海
合资
组
1
1,500
1,500
水流平衡设备，即水流分配器
4
3层分集水器
瑞好
RH3+3
上海
合资
组
1
900
900
水流平衡设备，即水流分配器
5
阁楼分集水器
瑞好
RH2+2
上海
合资
组
1
600
600
水流平衡设备，即水流分配器
6
尾件
瑞好
FHF-EM
上海
合资
套
5
168.00
840
系统排气和注水用
7
管接头
瑞好
DN16
上海
合资
只
38
20.00
760
连接地暖管道
8
安装支架
瑞好
FHF-MB
上海
合资
套
5
112.00
560
固定分集水器
9
热电驱动器
瑞好
TWA-ANC230V
上海
合资
只
10
240.00
2,400
与温控器配合切断或打开水流，主管用
10
外牙弯头
瑞好
25*3/4
上海
合资
只
5
54.00
270
连接分集水器与主管道
11
活接球阀
瑞好
6分
上海
合资
只
5
45.00
225
开关阀门（分集水器用）
12
铜配件
上海
合资
项
3
300.00
900
小计
11,655
二、
水暖部分
序号
设备名称
品牌
规格型号
产地
性质
单位
数量
单价
报价合计
备注
1
地暖
瑞好
PERT
上海
合资
m
650
9.00
5,850
地面发热盘管
2
XPS挤塑型保温板
绿羽
2cm
上海
国产
m2
100
14.00
1,400
40KG/CM3，保温材料，防止热量往楼板传递
3
反射膜
绿羽
50G
上海
国产
m2
100
6.00
600
反射热能，把热能往上反射
4
钢丝网
绿羽
2m*20cm*20cm
上海
国产
m2
100
5.00
500
固定盘管，加固水泥
5
人工费
m2
100
20.00
2,000
6
温控器
FH-CWP
丹麦
全进口
只
5
450.00
2,250
液晶编程,感应房间温度，控制系统温度
7
信号线布控
路
5
80.00
400
连接分集水器与温控器
8
电线
0.75
米
45
3.50
158
小计
13,158
三、
主管及辅料
序号
设备名称
品牌
规格型号
产地
性质
单位
数量
单价
报价合计
备注
1
主管道
上海瑞好
PPR
上海
中德合资
米
35
9.00
315
连接锅炉和分集水器管道
2
保温管
世霸龙
Φ32
昆山
国产
米
25
5.90
148
主管道保温
3
保温管
世霸龙
Φ25
昆山
国产
米
25
4.20
105
支路管保温
4
管道固定件
项
3
100.00
300
5
系统开槽费
项
1
300.00
300
6
系统调试费
项
1
200.00
200
小计
1,368
合计
26,180
优惠价
26,000
财务室
22
3960
HFCF06
1
休息室
24
4320
HFCF06
1
合计
3167.2
539.79
第五部分经济性分析
一、VRV空调系统简介
VRV空调系统全称为VariableRefrigerantVolume系统，即变制冷剂流量系统，通过冷媒直接蒸发形式直接进行热量交换。
系统结构上类似于分体式空调机组，采用一台室外机对应一组室内机（一般可达16台）。
内机形式多样，以风管送风或直接送风形式提供空调，独立运行。
控制技术上采用变频控制方式，按室内机开启的数量控制室外机内的涡旋式压缩机转速，进行制冷剂流量的控制。
VRV空调系统的设计包含两个部分：
空调设备选型及空调管路设计；空调系统控制设计，前一部分内容由设计院的暖通工程师设计，后一部分内容通常由提供全套产品的系统工程承包商配套设计。
1.VRV空调系统的控制方式
A、VRV空调系统的常规控制
此控制方式相对简单，每一台室外机对应若干台（通常最大约为16台）室内机，各组VRV空调系统均独立运行控制，就地遥控器设置可按工程实现情况采用一个遥控器对应一台室内机，或一个遥控器对应若干台室内机，是一种比较经济实用的控制方式。
该控制方式均为末端就地控制，无集中监控管理环节，在实际使用过程中，室内机的温度值设定，开机时间，开机数量随意性比较大，其使用上的灵活性、方便性常常是以牺牲能耗为代价，从纯节能角度讲效果并不明显。
B、VRV空调系统的集中控制
配置了独立控制管理系统的控制方式，与目前VRV空调系统采用的控制方式相比较，增加了集中控制管理环节，可以在控制室内对远端各组VRV空调系统进行监控管理，是一种比较完善的控制方式，但投资明显增加。
此方案的不足之处是与建筑物内的其它弱电系统无功能关联，尤其在智能化建筑设计中，不利于弱电系统功能的综合集成。
C、VRV空调系统的网关控制
相当多的VRV产品制造商都已相继开发出了基于BACnet协议专用网关的接口设备，可以满足作者将VRV空调系统纳入建筑物楼宇自控系统中的设想。
VRV末端设备的运行状态是通过BACnet网关接口上传信号至建筑物自控中心的BAS或BMS系统，自控中心经该网关接口下传信号（如初始值设定、控制参数设定等）至末端设备，并对整个VRV空调系统实行系统管理。
2.VRV空调系统的应用
VRV变频式中央空调系统安装极为方便。
可分楼、分层、分区、分段进行安装，分层或分区交付使用，安装工期短。
旧楼改造不影响正常办公和营业。
二、地源热泵系统与VRV空调系统性能比较
地源热泵和VRV变频空调机组比较表
序号
地源热泵中央空调系统
VRV空调系统
1
真正可以回收废热节能的中央空调系统。
能效比（COP）可达4.9，更加节能。
不是真正的中央空调，是“改型”的分体家用空调。
能效比（COP）低。
变频控制容易产生EMC电子干扰。
2
因为机组在室内，受外界环境影响小，而且是完全密闭的循环系统，即使在酷暑或严冬都可以满足制冷或制热要求。
机组在室外受外界影响大。
因为VRV系统室外主机为风冷热泵，所以其空调效果受外界环境影响大。
而且风冷热泵的出力与外界环境成反比，在冬季，其制热能力会随着外界温度降低而大幅下降；在夏季其制冷能力也随着外界温度升高而降低。
实际使用时效能比与样本比较要低很多。
3
因为没有室外机组，所以使用该系统的建筑物不会破相，符合对建筑物空调机的安装法规制度。
不可避免要将主机放置在室外，或悬挂或落地，会影响建筑物的美观程度。
受到法规制度限制。
4
该系统运行稳定、安全。
机组全部由工厂生产检测完毕才送到现场
因为末端与主机之间有长达50米的氟里昂管道相连，所以在运行过程中，容易因安装或震动产生制冷剂的泄露，特别分叉头很容易出问题。
现场大量焊接工作，给品质控制带来很多难题。
5
该系统维护保养方便，个别机组有问题，不会影响整个系统的运行，保养费用非常低。
系统维修复杂，因为末端与主机间由制冷剂管道相连，所以当机组出现故障时，必需中断整个系统的工作。
机组维修费用非常贵，同时因整个系统都是用氟里昂，因泄露而需要不断补充冷媒，光冷媒补充费用一项就非常昂贵。
系统控制部分非常复杂，易出故障，维修费很高。
6
该系统运行稳定使用寿
命长。
在维护正常的情况下“美意”的地源热泵机组可以使用25年以上。
主机在室外，长期风吹雨打，暴晒暴冻，使系统寿命较短，通常在12年以内，而且还要在保证制冷剂不泄露的情况下。
7
已在美洲、澳洲、欧洲运
行了40多年，系统非常成熟，在国内也已有10多年的使用经验。
该系统推出至今只有十年时间，尚有两大技术难关等待攻克。
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